2008年11月1日星期六

模电知识 三极管知识2

三极管的三种工作状态

截止 放大 饱和
1、截止区:ube小于死区电压,即:ube<0.7v,ubc<0,ib=0,ic=iceo=0.>
2、放大区:发射结正偏,集电结反偏。即:ube>0.7V,ubc<0v,ic=bib.>

3、饱和区:发射结正偏,集电结正偏。即:ube>0.7V,ubc>0V.bib>ic.

三极管放大电路的连接方式
放大电路在放大信号时,总有两个电极作为信号的输入端,同时也应有两个电极作为输出端。根据半导体三极管三个电极与输入、输出端子的连接方式,可归纳为三种:共发射极电路、共基极电路以及共集电极电路。

注意:所说的共XXX,都是根据三极管对交流信号的作用来说的。

1、共发射极。有电压放大,有电流放大,有功率放大,且增益都比较大。多用于多级放大电路的中间极。输入输出反向,输入阻抗小,输出阻抗高。 2、共集电极。无电压放大,有电流放大,有功率放大,多用于输入级输出级或者是缓冲级,作电压跟随器(电压增益接近1,且同相)。输入输出同相。输入阻抗高,输出阻抗低。
3、共基极。有电压放大,无电流放大,有功率放大,多用于高频或宽频电路及恒流源电路,作电流跟随器(电流增益接近1且同相)输入输出同相,输入阻抗小,输出阻抗高。

判断是那种接法很简单,除去信号输入端和输出端.另一极就是共的了。

如共发射极放大电路,输入是基极,输出是集电极,发射极就是共的了。

如共集电极放大电路,输入是基极,输出是发射极,集电极就是共的了。

如共基极放大电路,输入是发射极,输出是集电极,基极就是共的了。

模电知识 三极管知识1

三级管-BJT(Bipolar Junction Transistor)

三极管的分类
1)按材料分为硅管和锗管。
2)按极性分为NPN和PNP
3)按功率分有小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管。  
4)按工作频率分有低频三极管、高频三极管和超高频三极管。  
5)按制作工艺分有平面型三极管、合金型三极管、扩散型三极管。  
6)按外形封装的不同可分为金属封装三极管、玻璃封装三极管、陶瓷封装三极管、塑料封装三极管等。
7)按用途分有高、中频放大管、低频放大管、低噪声放大管、光电管、开关管、高反压管、达林顿管、带阻尼的三极管等。

一些常用的模式介绍
1、低频小功率三极管:一般指特征频率在3MHz以下,功率小于1W的三极管。一般作为小信号放大用
2、高频小功率三级管:一般指特征频率大于3MHz,功率小于1W的三极管。主要用于高频振荡,和小信号放大。
3、低频大功率三极管:频率小于3MHz,功率大于1W。低频大功率管品种多,一般用于电子音响设备功率放大电路,在各种大电流输出稳压电源中作调整管。
高频大功率三极管:频率大于3MHz,功率大于1W。主要用于通讯设备中作为功率驱动、放大。 4、开关三极管:利用其控制饱和区和截止区转换工作。开关的响应时间长短表示了三极管特性的好坏。
5、差分对管:是吧两只性能一致的三极管封装在一起,它以最简单的方式构成了性能优良的差分放大器。
6、复合三极管:分别选用各种极性的三级管进行复合链接。这些三极管按照一定的方式连接后可以看成一个高B(放大率)的三极管。连接顺序是第一个管的发射极电流方向与第二个管子的基极电流方向相同,其极性取决于第一个管子。复合三极管多用于较大功率输出电路中。

三极管的结构






三极管的半导体要求
1)基区掺杂浓度最低,且基区最薄,以有效地传输载流子
2)发射区的掺杂浓度最高,以有效的发射载离子
3)集电区面积最大,且掺杂浓度小于发射区大于基区,以有效地收集载流子。


三极管的内部载离子的传输过程(NPN型为例)



为使发射区发射子,集电区收集电子,前提条件就是发射结加正向电压,即是V(b->e)为正,集电结加反向电压,即是V(b->c)为负。如上图。

在此条件下:由于发射结正偏,发射区的多数载流子(电子)和极基区的多数载流子(空穴)很容易地越过发射结互相向反方向各扩散,但因发射极的浓度大于集电极,所以通过发射结的电流基本上是电子流向基极流去。由于基区很薄,注入基区的电子只有很少(1-10%)的电子在基区的空穴进行复合,从而形成了基极电流Ib。被复合掉的基区空穴由基极电源重新补给。由于集电结加的是反偏电压(集电极区的多数载流子电子已经被电源吸收,基极的电子很容易越过集电结,到达集电极区),大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic,

三极管的极间电流分配关系
Ie=Ic+Ib
设Ic=αIe则有
Ic/Ib=αIe/(Ie-Ic)=αIe/(Ie-αIe)=α/(1-α)=β
β>1


三极管工作原理比喻描述法
三极管的三种工作状态 放大,饱和导通,截止
对三极管放大作用的理解,切记一点:能量不会无缘无故的产生,所以,三极管一定不会产生能量。
但三极管厉害的地方在于:它可以通过小电流控制大电流
放大的原理就在于:通过小的交流输入,控制大的静态直流。
假设三极管是个大坝,这个大坝奇怪的地方是,有两个阀门,一个大阀门,一个小阀门。小阀门可以用人力打开,大阀门很重,人力是打不开的,只能通过小阀门的水力打开。
所以,平常的工作流程便是,每当放水的时候,人们就打开小阀门,很小的水流涓涓流出,这涓涓细流冲击大阀门的开关,大阀门随之打开,汹涌的江水滔滔流下。
如果不停地改变小阀门开启的大小,那么大阀门也相应地不停改变,假若能严格地按比例改变,那么,完美的控制就完成了。
在这里,Ube就是小水流,Uce就是大水流,人就是输入信号。当然,如果把水流比为电流的话,会更确切,因为三极管毕竟是一个电流控制元件。
如果某一天,天气很旱,江水没有了,也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门,尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门,并使之开启,但因为没有水流的存在,所以,并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。
饱和区是一样的,因为此时江水达到了很大很大的程度,管理员开的阀门大小已经没用了。
如果不开阀门江水就自己冲开了,这就是二极管的击穿。
在模拟电路中,一般阀门是半开的,通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候,水流也会流,所以,不工作的时候,也会有功耗。
而在数字电路中,阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候,阀门是完全关闭的,没有功耗。


三极管的主要参数
1、直流参数
1)集电极一基极反向饱和电流Icbo,发射极开路(Ie=0)时,基极和集电极之间加上规定的反向电压Vcb时的集电极反向电流,它只与温度有关,在一定温度下是个常数,所以称为集电极一基极的反向饱和电流。良好的三极管,Icbo很小,小功率锗管的Icbo约为1~10微安,大功率锗管的 Icbo可达数毫安,而硅管的Icbo则非常小,是毫微安级。
2)集电极一发射极反向电流Iceo(穿透电流)基极开路(Ib=0)时,集电极和发射极之间加上规定反向电压Vce时的集电极电流。Iceo 大约是Icbo的β倍即Iceo=(1+β)Icbo o Icbo和Iceo受温度影响极大,它们是衡量管子热稳定性的重要参数,其值越小,性能越稳定,小功率锗管的Iceo比硅管大。
3)发射极---基极反向电流Iebo 集电极开路时,在发射极与基极之间加上规定的反向电压时发射极的电流,它实际上是发射结的反向饱和电流。
4)直流电流放大系数β1(或hEF) 这是指共发射接法,没有交流信号输入时,集电极输出的直流电流与基极输入的直流电流的比值,即: β1=Ic/Ib2

交流参数
1)交流电流放大系数β(或hfe) 这是指共发射极接法,集电极输出电流的变化量△Ic与基极输入电流的变化量△Ib之比,即: β= △Ic/△Ib 一般晶体管的β大约在10-200之间,如果β太小,电流放大作用差,如果β太大,电流放大作用虽然大,但性能往往不稳定。
2)共基极交流放大系数α(或hfb) 这是指共基接法时,集电极输出电流的变化是△Ic与发射极电流的变化量△Ie之比,即: α=△Ic/△Ie 因为△Ic<△Ie,故α<1。高频三极管的α>0.90就可以使用 α与β之间的关系: α= β/(1+β) β= α/(1-α)≈1/(1-α)
3)截止频率fβ、fα 当β下降到低频时0.707倍的频率,就是共发射极的截止频率fβ;当α下降到低频时的0.707倍的频率,就是共基极的截止频率fαo fβ、fα是表明管子频率特性的重要参数,它们之间的关系为: fβ≈(1-α)fα
4)特征频率fT因为频率f上升时,β就下降,当β下降到1时,对应的fT是全面地反映晶体管的高频放大性能的重要参数。

3、极限参数
1)集电极最大允许电流ICM 当集电极电流Ic增加到某一数值,引起β值下降到额定值的2/3或1/2,这时的Ic值称为ICM。所以当Ic超过ICM时,虽然不致使管子损坏,但β值显著下降,影响放大质量。
2)集电极-基极击穿电压BVCBO 当发射极开路时,集电结的反向击穿电压称为BVEBO。
3)发射极-基极反向击穿电压BVEBO 当集电极开路时,发射结的反向击穿电压称为BVEBO。 4)集电极-发射极击穿电压BVCEO 当基极开路时,加在集电极和发射极之间的最大允许电压,使用时如果Vce>BVceo,管子就会被击穿。
5)集电极最大允许耗散功率PCM 集电流过Ic,温度要升高,管子因受热而引起参数的变化不超过允许值时的最大集电极耗散功率称为PCM。管子实际的耗散功率于集电极直流电压和电流的乘积,即Pc=Uce×Ic.使用时庆使Pc<PCM。 PCM与散热条件有关,增加散热片可提高PCM。